Полдень на Марсе. Чистое красное небо, температура всего ноль градусов по Цельсию - отличный день для прогулки.
Один за другим туристы выпрыгивают из автобуса, зарывая подошвы в марсианскую пыль. Пустынный каменистый пейзаж расстилается до самого горизонта.
Над головой едва различим силуэт Фобоса, одного из двух спутников Красной планеты. Туристы делают селфи.
Никаких скафандров, экскурсоводов да и вообще людей. Это экскурсия роботов-аватаров, и сегодня они собираются подняться на самый большой вулкан в Солнечной системе - гору Олимп.
Тем временем на Земле, на расстоянии в 54,6 млн км, настоящие туристы наслаждаются марсианским приключением, не выходя из дома. На них сенсорные костюмы, и все их движения копируются аватарами в реальном масштабе времени.
Обратная связь обеспечивает эффект присутствия: человек видит, слышит и ощущает все происходящее, как будто сам находится на Марсе - от камней под ногами до веса фотокамеры в руках.
Если вы полагаете, что этот сценарий нереалистичен, подумайте об альтернативе.
Правообладатель иллюстрации NASA
Первое изображение с поверхности Марса было передано американской межпланетной станцией "Викинг-1" в 1976 г.
Человечество тысячелетиями мечтало о высадке на Красной планете, но, учитывая, что полет туда и обратно занял бы 20 месяцев, средняя температура на марсианской поверхности составляет -55°C, а билет обойдется в 10 млрд долларов, едва ли найдется много желающих слетать на Марс в отпуск.
Не говоря уже о риске взорваться при старте ракеты, который составляет приблизительно 1 к 100, или об опасности разбиться при посадке на скорости свыше 19 000 км/ч.
Даже если вам удастся успешно добраться до Марса, доза космической радиации, которую вы получите при перелете, будет эквивалентна 10 тысячам процедур компьютерной томографии, а пониженная гравитация на далекой планете, в 62% от земной, способна превратить кости скелета в спички или лишить вас зрения.
Тут-то и пригодятся роботы-аватары - бесстрашные исследователи, которые отправятся в путешествие за нас
Наконец, существует еще одна маленькая проблема: первый подобный полет на Марс, причем в один конец, запланирован лишь на 2024 год.
Тут-то и пригодятся роботы-аватары - бесстрашные исследователи, которые отправятся в путешествие за нас.
Благодаря сочетанию сложных сенсоров и последних достижений в области виртуальной реальности эти машины будут передавать управляющим ими людям на Земле трехмерный образ того, что их окружает на Марсе.
Как ожидается, ощущения будут максимально приближены к тому, что можно было бы испытать, стоя в скафандре на поверхности Красной планеты. Более того, технологии, необходимые для воплощения этого плана, уже существуют.
Надо сказать, что сейчас на Марсе уже действует робот-аватар. "В каком-то смысле мы уже превратили эту идею в реальность", - говорит Джон Каллас из Лаборатории реактивного движения НАСА.
Марсоход "Оппортьюнити" с 2004 г. направляет ученым трехмерные виды планеты.
Технология, благодаря которой стало возможным это виртуальное исследование Марса, на удивление проста.
"Оппортьюнити" снабжен "стереоскопическим зрением" - парой камер, направленных в одну сторону подобно человеческим глазам.
Сравнивая изображения, получаемые от камер, и анализируя различия между ними, бортовой компьютер марсохода вычисляет глубину картинки, размеры объектов и расстояние до них.
"Иными словами, можно, находясь в пустой комнате, почувствовать, будто вы сами передвигаетесь по поверхности Марса", - говорит Каллас, который руководит научной частью экспедиции.
Хатиб с коллегами разработали Ocean One - единственного в своем роде человекоподобного робота
В 2012 году группа ученых из Стенфордского университета под руководством Осамы Хатиба развила эту тему в несколько другом направлении. Они искали способ исследовать подводную среду на Земле.
Коралловый риф Красного моря отличается потрясающим разнообразием живущей на нем фауны: здесь водится более тысячи видов рыб, которые соседствуют с редкими дюгонями, морскими черепахами и акулами.
Но этот подводный рай находится под угрозой исчезновения. В 1989 году в египетской Хургаде, расположенной в 40 км от рифа, гостиничный фонд составлял всего 565 номеров. К 2006 году их количество превысило 48 тысяч: менее чем за два десятка лет число туристов, приезжающих понырять, выросло в 84 раза.
Задача ученых заключается в том, чтобы изучить разнообразие видов, обитающих в этой области Красного моря, и организовать кампанию по их сохранению - пока еще осталось что сохранять.
Правообладатель иллюстрации RYCKAERT MARC/WIKIMEDIA COMMONS
Каждый год 540 тысяч туристов погружаются к коралловому рифу на дне Красного моря
И здесь кроется проблема. Погружения на морское дно занимают много времени, связаны с определенным риском для ныряльщика и в основном осуществляются на мелководье.
А автоматические подводные аппараты известны своей неуклюжестью.
Ученые задались целью соединить способности человека с выносливостью робота. (Чтобы получить представление о том, как выглядит созданный ими аппарат, посмотрите видео в оригинале этой статьи на английском языке.)
Хатиб с коллегами разработали Ocean One - единственного в своем роде человекоподобного робота, по виду напоминающего помесь андроида C-3PO из киноэпопеи "Звездные войны" с манекеном для автомобильных краш-тестов.
Этот шедевр инженерной мысли обладает почти человеческими тактильными способностями.
Его руки снабжены силовыми датчиками, передающими информацию оператору в реальном масштабе времени, что позволяет последнему физически ощущать предметы, к которым прикасается аватар.
В результате получился робот со сверхчеловеческой устойчивостью к внешним воздействиям и реальным человеческим интеллектом. Он позволяет исследователям погружаться на морское дно, не замочив ног.
Правообладатель иллюстрацииMASTER CHIEF PETTY OFFICER JOHN/WIKIMEDIA COMMONS
Роботам непросто справиться с такими задачами, как ходьба
Роботом Ocean One управляют при помощи джойстиков. Но уже разработаны машины, по принципу управления схожие с марионетками. Они напрямую копируют движения оператора, облаченного в специальный сенсорный костюм.
Когда оператор, например, отводит руку влево, то же самое проделывает и аватар.
В этом году Хатиб использовал Ocean One для того, чтобы поднять на поверхность хрупкую стеклянную вазу с борта фрегата La Lune, флагмана французского военно-морского флота периода правления Людовика XIV, который затонул неподалеку от Тулона в 1664 г.
Чтобы понять, почему эта технология считается революционной, нужно сначала взглянуть на ограниченность использования автономных роботов.
Когда дело касается самых простых задач - например, пройтись по комнате, не натыкаясь на мебель, - интеллекта роботам явно недостает
Эти машины способны за миллисекунды обрабатывать массивы данных, на которые у человечества ушли бы тысячи лет, но когда дело касается самых простых задач - например, пройтись по комнате, не натыкаясь на мебель, - интеллекта современным роботам явно недостает.
Если вам когда-нибудь доводилось видеть, как робот передвигается по незнакомой для него территории, вы наверняка заметили, что значительную часть времени он просто стоит без движения.
Таким образом роботы планируют свои движения, пытаясь вычислить оптимальный маршрут между двумя предметами - например, камнями.
"Подобные задачи довольно плохо поддаются чисто математическим вычислениям", - говорит Йонас Бухли, специалист в области динамической робототехники из Швейцарского федерального технологического института.
Еще одна проблема связана с манипулированием предметами. Очень трудно научить робота использовать необходимое усилие, поскольку знание о том, насколько крепко можно схватить тот или иной предмет, не повредив его, приходит лишь с опытом.
Если поставить перед большинством существующих сейчас автономных роботов задачу поднять вазу с затонувшего корабля, скорее всего, они раздавят ее или уронят.
Правообладатель иллюстрации NASA
Из-за красноватой пыли, взвешенной в марсианской атмосфере, закаты на этой планете голубого цвета
"Человеку, управляющему аватаром на расстоянии, будет доступен более широкий набор манипуляций, чем те, на которые сейчас способны полностью автономные роботы", - подчеркивает Джерри Пратт, эксперт по робототехнике из флоридского Института исследований человеческого и машинного сознания.
Даже роботам, наделенным искусственным интеллектом, требуется определенный контроль со стороны людей.
Взять, к примеру, беспилотные автомобили. По состоянию на август 2016 года прототипы автомобилей Google в совокупности проехали 270 с лишним тысяч километров, то есть почти семь раз обогнули земной шар.
Если машины могут ездить сами на такие большие расстояния, почему не использовать эту технологию для перемещения по Марсу?
Роботам не хватает жизненного опыта для принятия правильных решений, и их легко сбить с толку
"Важно понимать, что это стало возможным благодаря собранным заранее огромным массивам данных", - говорит Бухли.
На самом деле беспилотные автомобили не прокладывают себе путь по незнакомым улицам - в свое время они уже неоднократно проезжали по ним, с живым водителем за рулем.
В незнакомых для роботов ситуациях, которые еще называют "неструктурированными", им не хватает жизненного опыта для принятия правильных решений, и их легко сбить с толку.
"Астронавту, которого отправят изучать другую планету, скорее всего, будет около 40 лет от роду. К этому времени он уже будет располагать большим объемом информации о том, как устроен мир", - говорит Бухли.
Он приводит пример расщелин в марсианском ландшафте. Человек сразу распознает такие особенности рельефа, но для многих роботов это будет представлять трудность.
Если же освещение окажется ярче или тусклее того, на которое запрограммирован робот, то о решении задачи можно и вовсе забыть.
Правообладатель иллюстрации THINKSTOCK
Человек к 40 годам уже накапливает опыт, достаточный для того, чтобы понимать, как устроен окружающий мир
"Аватары помогают решить часть подобных проблем, поскольку люди очень хорошо справляются с решением нетривиальных задач и способны научиться управлять сложной техникой", - отмечает Бухли.
Хатиб с коллегами сейчас изучают возможность создания аватаров, которые управлялись бы силой мысли.
В 2012 году, в рамках исследования, проводившегося другой группой ученых, оператор, находившийся внутри компьютерного томографа, смог управлять роботом, лишь представляя себе движения.
Хатиб надеется, что когда-нибудь роботы будут широко использоваться для изучения других планет. НАСА уже разрабатывает собственные варианты человекоподобных аватаров для возможной отправки на Марс.
"В идеале они будут способны делать все то же самое, что делал бы человек, находись он на марсианской поверхности", - говорит Пратт, который работает над проектом НАСА.
Совокупная двусторонняя задержка сигнала между Землей и Марсом составляет около 15 минутЙонас Бухли, швейцарский Федеральный технологический институт
Но до этого пока далеко. Чтобы сделать виртуальный межпланетный туризм реальностью, придется решить еще одну проблему, связанную исключительно с физическими законами.
Сейчас НАСА общается со своими марсоходами при помощи радиоволн, которые распространяются со скоростью света (около 300 тысяч километров в секунду).
Это очень большая скорость, но и Марс находится очень далеко. "Совокупная двусторонняя задержка сигнала между Землей и Марсом составляет около 15 минут", - говорит Бухли.
В этом и заключается серьезная проблема. За 12 лет работы "Оппортьюнити" проехал по марсианской поверхности лишь 43 с небольшим километра. Поскольку марсоходу приходится ждать команд с Земли, за день он может преодолеть не более 100 метров.
Пратт смотрит на ситуацию с оптимизмом. Он представляет себе колонию роботов-гуманоидов и марсоходов на Красной планете.
Некоторые из них действовали бы автономно, благодаря искусственному интеллекту. Другими управляли бы операторы "с поверхности планеты, с марсианской орбиты или с одного из спутников Марса".
Как знать, может быть, когда-нибудь первые колонисты Марса будут отправлять аватаров с экскурсиями на Землю.